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Der Natur abgeschaut: Roboter lernen Schwarmverhalten

Was Tiere können, sollen nun auch Roboter lernen: sich zu Schwärmen zusammenzuschliessen, um gemeinsam komplexe Aufgaben zu meistern. So könnten sie miteinander z.B. Ackerflächen bewirtschaften, in Gewässern nach Giftmüll suchen oder den Meeresgrund kartieren.

Schwarmroboter

Schwärme im Tierreich als Vorbild

In grossen Fisch- oder Vogelschwärmen finden sich Tiere in einer nicht hierarchischen Formation zusammen, um z. B. die lange Reise zu den Nist- oder Laichplätzen gemeinsam zu bewältigen. Merkmale solcher Schwärme sind:

  • In der Schwarmformation ist jeder Einzelne gleichwertig.
  • Mitglieder können jederzeit ausscheiden oder dazukommen.
  • Das gemeinsame Ziel steht über den Einzelinteressen.
  • Der Schwarm als Ganzes verhält sich wie ein grosser, komplexer Organismus und kann dadurch Dinge leisten, zu denen ein Einzelner nicht fähig ist (z. B. Raubvögel abwehren).

Übertragung des Schwarmverhaltens auf Roboter

Weltweit versuchen Wissenschaftler/-innen Roboter zu entwickeln, die nach diesem Vorbild zusammenarbeiten und so miteinander schwierige Aufgaben lösen. Kernstück der Forschung ist es, das Verhalten des einzelnen Roboters im Schwarm passend zu steuern. Klar ist heute, dass für jede Art von Aufgabe und gewünschtem Schwarmverhalten spezifische Verhaltensanweisungen gemacht werden müssen. Solche Anweisungen sind den Tieren offensichtlich angeboren; den Robotern müssen sie einprogrammiert werden. Beispiele solcher Anweisungen sind:

  • Suche einen freien Platz (innerhalb des definierten Reviers) und verrichte dort deine Aufgabe.
  • Bleib dabei im Kontakt mit mindestens drei anderen Schwarmmitgliedern.
  • Halte den definierten Abstand zu deinen Nachbarn ein, und wenn jemand näherk ommt, weiche dorthin aus, wo noch Platz ist.
  • Wenn du fertig bist, informiere die anderen und suche dir einen neuen Platz.

Von der Qualität dieser Verhaltensanweisungen hängt der Erfolg des Schwarms ab. Sind sie gut gewählt, entsteht durch die Rückkopplungseffekte zwischen den einzelnen Schwarmmitgliedern ein «intelligentes» kollektives Verhalten. Der Schwarm wird lernfähig, reagiert flexibel auf Veränderungen und findet selbstständig Lösungen für eine gestellte Aufgabe.

Um immer neue und noch bessere Verhaltensanweisungen zu finden, arbeiten Forschende intensiv daran, die Mechanismen von natürlichen Kolonien wie Termiten, Glühwürmchen oder Schleimpilzen zu verstehen und zu adaptieren. 

Was werden sie uns bringen, die künstlichen Schwärme aus Land-, Flug- oder Schwimmrobotern?

Schlimmes?
Immer wieder kursieren Meldungen über militärische Versuche mit autonomen Schwärmen aus bewaffneten Mini-Drohnen. Über 100 Roboter-Experten und Wissenschaftler haben sich zusammengeschlossen und die UNO in einem offenen Brief aufgefordert, sich für ein Verbot autonomer Waffensysteme einzusetzen.
Gutes?
Forschende in der ganzen Welt arbeiten daran, Roboterschwärme zu entwickeln, die gemeinsam die Weltmeere säubern, Bodenschätze sanft abbauen oder unwegsames Gelände begehbar machen.

Bei AKAD Technics werden in verschiedenen Fächern aktuelle und kontroverse Themen aus den unterschiedlichsten Blickwinkeln beleuchtet, damit die Studierenden fundiert und aktiv zur Meinungsbildung beitragen können.

Autor: Frau Adrienne Vögeli

publiziert am 29.09.2017 im Auftrag von AKAD Technics

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